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第 05 讲 课题学习:最短路径问题
课程标准 学习目标
①最短路径的基本原理 1. 掌握最短路径的基本原理,即两点之间线段最短与点到直线
②利用轴对称只是解决最短路径 的距离最短。
问题 2. 掌握最短路径的几种模型,能够熟练的运用轴对称,垂直平
③利用平移解决造桥选址问题 分线的性质解决相应题目。
知识点01 最短路径的基本原理
1. 最短路径的基本原理:
①两点之间,线段 最短 。如图, ② 号线最短
②点到直线的距离 最短 。如图, PC 最短。③垂直平分线上任意一点到线段两端点的距离 相等 。如图,MN是垂直平分线,CA= CB
。
知识点02 利用轴对称解决最短路径问题
1. 两点一线型(两点在直线的异侧):
问题:如图1,直线两侧有点A与点B,在直线l上找一点p,使PA+PB最小。
作法:如图2,连接AB,AB与直线l的交点即为点P。
结论:PA+PB最小
原理:两点之间,线段最短。
图1 图2
2. 两点一线型(两点在直线的同侧):
问题:如图1,直线两同侧有点P与点Q,在直线l上找一点M,使MP+MQ最小。
作法:如图2,作其中一点关于直线的对称点,连接对称点与另一点,线段与直线的交点即为要找的
点M。即作点P关于直线l的对称点p’。连接P’ Q,P’ Q与直线l交于即为点M。
结论:MP+MQ最小。
原理证明:∵P与P’关于直线l对称
∴直线l是PP’的 垂直平分线
∴MP = MP’
∴MP+MQ= MP ’ +MQ= P ’ Q 。
∴MP+MQ此时有最小值,为 P ’ Q 的长度图1 图2
【即学即练1】
1.如图,一条笔直的河l,牧马人从P地出发,到河边M处饮马,然后到Q地,现有如下四种方案,可使
牧马人所走路径最短的是( )
A. B.
C. D.
【分析】根据轴对称得出最短路径即可.
【解答】解:使牧马人所走路径最短的是 ,
故选:D.
【即学即练2】
2.如图,在等边三角形ABC中,AD是边BC上的中线,且AD=6,E是AD上的一个动点,F是边AB的
中点,在点E运动的过程中,BE+EF的最小值为( )
A.5 B.6 C.7 D.8
【分析】解题时注意,最小值问题一般需要考虑两点之间线段最短或垂线段最短等结论.连接 CE,由
题意可得BE=EC,将FE+EB转化为FE+CE,当点C,点E,点F三点共线,且CF⊥AB时,EC+EF
值最小,即BE+EF的值最小,此时CF的长度为BE+EF的最小值.
【解答】解:如图:连接CE,∵△ABC是等边三角形,AD是中线,
∴AD垂直平分BC,
∴BE=EC,
∴BE+EF=EC+EF,
∴当点C,点E,点F三点共线,且CF⊥AB时,EC+EF值最小,即BE+EF的值最小.
此时:∵△ABC是等边三角形,AD⊥BC,CF⊥AB,
∴AD=CF=6,
即BE+EF的最小值是6,
故选:B.
3. 一点两线型:
问题:如图1,已知∠MON以及角内一点P,角的两边OM与ON上存在点A与点B,使得△PAB的周
长最小。
作法:如图2,分别作点P关于OM与ON的对称点P’与P’’,连接P’ P’’。P’ P’’与OM、ON的交点A
与B即为要找到的点。
结论:△PAB的周长最小。
原理证明:证明:∵P与P’关于OM对称,P与P’’关于ON对称
∴OM是PP’的 垂直平分线 ,ON是PP’’的 垂直平分线 。
∴AP = AP’,BP = BP’’
∴ = AP ’ +AB+ BP ’’ = P ’ P ’’
∴△PAB的周长最小。
图1 图2
【即学即练1】
3.如图,已知∠O,点 P 为其内一定点,分别在∠O 的两边上找点 A、B,使△PAB 周长最小的是
( )A. B.
C. D.
【分析】根据轴对称的性质即可得到结论.
【解答】解:分别作点P关于∠O的两边的对称点P ,P ,连接P P 交∠O的两边于A,B,连接PA,
1 2 1 2
PB,此时△PAB的周长最小.
故选:D.
【即学即练2】
4.如图,∠AOB=30°,点P为∠AOB内一点,OP=8.点M、N分别在OA、OB上,则△PMN周长的最
小值为 8 .
【分析】分别作点P关于OA、OB的对称点P 、P ,连P 、P ,交OA于M,交OB于N,△PMN的周
1 2 1 2
长=P P ,然后证明△OP P 是等边三角形,即可求解.
1 2 1 2
【解答】解:分别作点P关于OA、OB的对称点P 、P ,连P 、P ,交OA于M,交OB于N,连接
1 2 1 2
OP,
则OP =OP=OP ,∠P OA=∠POA,∠POB=∠P OB,
1 2 1 2
MP=P M,PN=P N,则△PMN的周长的最小值=P P
1 2 1 2
∴∠P OP =2∠AOB=60°,
1 2
∴△OP P 是等边三角形.
1 2
△PMN的周长=P P ,
1 2
∴P P =OP =OP =OP=8.
1 2 1 2
故答案为:8.
4. 两点两线型:
问题:如图1,已知∠AOB以及角内两点点P与点Q,角的两边上分别存在M、N使得四边形PQMN
的周长最小。作法:如图2,分别作点关于较近直线的对称点,连接两个对称点的线段与边 OA与OB相交与点M
与点N,此时点M与点N即为要找的点。即作点Q关于OA的对称点D,点P关于OB的对称点C,连接
DC,DC与OA交于点M,与OB交于点N,连接QM,MN,PN,PQ。
结论:四边形PQMN的周长最小。
原理证明:∵Q与D关于OA对称,P与C关于OB对称
∴OA是QD的 垂直平分线 ,OB是PC的 垂直平分线 。
∴MD = MQ,NP = NC。
=PQ+ MD +MN+ NC
=PQ+ DC 。
∴四边形PQMN的周长最小。
图1 图2
【即学即练1】
5.已知:∠AOB,点M和点N,试在OA、OB上分别找点P、Q,使四边形MNQP的周长最短.(尺规作
图,不需写作法,保留作图痕迹)
【分析】分别作M点和N点关于OA和OB的对称点M′、N′,连接M′N′交OA于P,交OB于
Q,则四边形MNQP满足条件.
【解答】解:如图,四边形MNQP为所作.【即学即练2】
6.如图,在△ABC中,AB=AC,∠A=90°,点D,E是边AB上的两个定点,点M,N分别是边AC,BC
上的两个动点.当四边形DEMN的周长最小时,∠DNM+∠EMN的大小是( )
A.45° B.90° C.75° D.135°
【分析】作点D关于BC的对称点D',作点E关于AC的对称点E',连接D'E'分别交AC,BC于点M',
N',连接ME',ND',EM',DN',推出四边形DEMN的周长最小时,点M与M'重合,点N与点N'重合,
再求出∠DN'M+∠EM'N即可解决问题.
【解答】解:作点D关于BC的对称点D',作点E关于AC的对称点E',连接D'E'分别交AC,BC于点
M',N',连接ME',ND',EM',DN',
则ME=ME',ND=ND',
∴四边形DEMN的周长=DE+ME+MN+ND=DE+ME'+MN+ND'≥DE+D'E',
∵DE长固定,
∴点 M 与 M'重合,点 N 与点 N'重合时,四边形 DEMN 的周长最小,此时∠DNM+∠EMN=
∠DN'M+∠EM'N,
由对称性和三角形外角性质可知:∠DN'M=∠N'DD'+∠N'D'D=2∠N'D'D,∠EM'N=∠M'EE'+∠M'E'E
=2∠M'E'E,
∴∠DN'M+∠EM'N=2∠N'D'D+2∠M'E'E=2(180°﹣∠D'DE'),
设DD'与BC交于点H,
∵AB=AC,∠A=90°,∴∠BDH=45°,
∴∠D'DE'=180°﹣45°=135°,
∴∠DN'M+∠EM'N=2(180°﹣135°)=90°,
即当四边形DEMN的周长最小时,∠DNM+∠EMN的大小是90°,
故选:B.
知识点03 利用平移解决造桥选址问题
1. 造桥选址问题:
问题:如图1,平行河岸两侧各有一村庄P、Q,现在河上修建一座垂直于河岸的桥,使得村庄P到村
庄Q的路程最短。
作法:如图2,在其中一个村庄作垂直于河岸的直线,使其长度等于桥的长度,连接端点与另一村庄,
直线与另一村庄岸边的交点即为选址地点。
图1 图2
【即学即练1】
7.如图,直线l ,l 表示一条河的两岸,且l ∥l .现要在这条河上建一座桥(桥与河的两岸相互垂直),
1 2 1 2
使得从村庄P经桥过河到村庄Q的路程最短,应该选择路线( )
A. 路线:PF→FQ B.路线:PE→EQ
C.路线:PE→EF→FQ D.路线:PE→EF→FQ
【分析】根据两点间直线距离最短,使FEPP′为平行四边形即可,即PP′垂直河岸且等于河宽,接连
P′Q即可.
【解答】解:作PP'垂直于河岸l ,使PP′等于河宽,
2
连接QP′,与另一条河岸相交于F,作FE⊥直线l 于点E,
1
则EF∥PP′且EF=PP′,于是四边形FEPP′为平行四边形,故P′F=PE,
根据“两点之间线段最短”,QP′最短,即PE+FQ最短.
故C选项符合题意,
故选:C.
,
题型01 最短路径作图
【典例1】小王准备在红旗街道旁建一个送奶站,向居民区A,B提供牛奶,要使A,B两小区到送奶站的
距离之和最小,则送奶站C的位置应该在( )
A. B.
C. D.
【分析】本题利用轴对称的性质,将折线最短问题转化为两点之间,线段最短问题,结合三角形的三边
关系解题即可.
【解答】解:如图:作点A关于街道的对称点A′,连接A′B交街道所在直线于点C,
∴A′C=AC,
∴AC+BC=A′B,
在街道上任取除点C以外的一点C′,连接A′C′,BC′,AC′,
∴AC′+BC′=A′C′+BC′,
在△A′C′B中,两边之和大于第三边,
∴A′C′+BC′>A′B,
∴AC′+BC′>AC+BC,
∴点C到两小区送奶站距离之和最小.
故选:C.【变式1】如图,A、B是两个居民小区,快递公司准备在公路l上选取点P处建一个服务中心,使PA+PB
最短.下面四种选址方案符合要求的是( )
A. B.
C. D.
【分析】根据轴对称的性质和线段的性质即可得到结论.
【解答】解:根据题意得,在公路l上选取点P,使PA+PB最短.
则选项A 符合要求,
故选:A.
【变式2】已知:如图,点A和点B在直线l同一侧.求作:直线l上一点P,使PA+PB的值最小.
【分析】过A作直线l的垂线,在垂线上取点A′,使直线l是AA′的垂直平分线,连接BA′即可.
【解答】作法:
作A点关于直线l的对称点A′,
连接A′B交l于点P,
则P点为所求.
【变式3】如图,直线l 、l 表示一条河的两岸,且l ∥l ,现要在这条河上建一座桥,使得村庄A经桥过
1 2 1 2
河到村庄B的路程最短,现两位同学提供了两种设计方案,下列说法正确的是( )
方案一: 方案二:
①
①
将点A向上平移d得到A';
连接AB交l 于点M;②过点
1
②连接A'B交l 于点M;③
1过点M作MN⊥l ,交l 于点 M作MN⊥l ,交l 于点N.
1 2 1 2
N,MN即桥的位置. MN即桥的位置.
A.唯方案一可行 B.唯方案二可行
C.方案一、二均可行 D.方案一、二均不可行
【分析】因为河宽是确定的,要使村庄A经桥过河到村庄B的路程最短,只要AN+BM最短即可,可利
用平移解决问题.
【解答】解:河宽是确定的,要使村庄A经桥过河到村庄B的路程最短,只要AN+BM最短即可.
∵AA'垂直于河岸l ,AA′=d,
2
连接BA′,与另一条河岸相交于M,作MN⊥直线l ,
1
由平移的性质,知MN∥AA′,且MN=AA′=d,MA′=NA,
根据“两点之间线段最短”,BA′最短,即AN+BM最短.
故方案一符合题意,
故选:A.
【变式4】在OA、OB分别有两个动点M、N,网格内有一固定点P,要使得△PMN周长最小,请在图中
规范地做出M、N两点的位置,并说明理由.
【分析】作出点P关于直线OA的对称点Q,点P关于直线OB的对称点R,连接QR分别交OA、OB于
点M,点N,由轴对称及线段的垂直平分线的性质可求得 PM+PN+MN=QM+RN+MN=QR,因为两点
之间线段最短,所以此时PM+PN+MN的值最小,则点M、点N就是所求的图形.
【解答】解:取格点Q,格点R,连接QR分别交OA、OB于点M,点N,
点M、点N就是所求的图形.
理由:连接PQ、PR,
∵点Q与点P关于直线OA对称,
∴OA垂直平分PQ,
∴PM=QM,
∵点R与点P关于直线OB对称,
∴OB垂直平分PR,
∴PN=RN,
∴PM+PN+MN=QM+RN+MN=QR,∵Q、M、N、R四点在同一条直线上,
∴QM+RN+MN=QR的值最小,
∴PM+PN+MN的值最小,
∴△PMN周长最小.
【变式5】如图,电信部门要在S区修建一座电视信号发射塔.按照设计要求,发射塔到两个城镇 A,B
距离必须相等,到两条高速公路m和n的距离也必须相等.发射塔应修建在什么位置?在图上标出它的
位置.(保留作图痕迹)
【分析】根据题意,P点既在线段AB的垂直平分线上,又在两条公路所夹角的平分线上.故两线交点
即为发射塔P的位置.
【解答】解:作出线段AB的垂直平分线,与∠COD的平分线交于P点,则P点为所求.【变式6】如图,牧马人从A地出发,先到草地边某一处牧马,再到河边饮马,然后回到B处,要求指出
最短路径.
同学甲:牧马人从A地出发,把马牵到草地与河边的交汇处N点,牧马又饮马,然后回到B处.
同学乙:作A点关于直线MN对称的A′点,再作B点关于直线l对称的B′点,连接A′B′交直线
MN于Q点,交直线l于P点,则路径A→Q→P→B为最短路径.
你认为哪位同学指出的最短路径正确?画出图形,并说明理由.
【分析】作出点A的关于草地的对称点,点B的关于河岸的对称点,连接两个对称点,交于草地于点
Q,交河边于点P,连接AQ,BP,即可得到结论
【解答】解:同学乙指出的最短路径正确.
理由:如图,在直线 MN 上任意选一点 Q ,在直线l上任意选一点 P ,连接AQ ,A′Q ,BP ,
1 1 1 1 1
B′P .
1
由轴对称性质,易得AQ =A′Q ,BP =B′P .
1 1 1 1
∵A′Q +P Q +B′P >A′B′=A′Q+QP+PB′,
1 1 1 1
∴AQ +P Q +BP >A′B′,
1 1 1 1
当A′,Q ,P ,B′共线时,
1 1
∴A′Q +P Q +B′P =A′B′=A′Q+QP+PB′
1 1 1 1
∵AQ+PQ+BP=A′Q+QP+PB′
∴AQ+PQ+BP是最短路径.
题型02 最短路径的计算
【典例1】如图,△ABC中,AB=AC=13,BC=10,AD是BC边上的中线且AD=12,F是AD上的动点,
E是AC边上的动点,则CF+EF的最小值为 .【分析】作E关于AD的对称点M,连接CM交AD于F,连接EF,过C作CN⊥AB于N,根据三线合
一定理求出BD的长和AD⊥BC,根据三角形面积公式求出CN,根据对称性求出CF+EF=CM,根据垂
线段最短得出CF+EF≥ ,即可得出答案.
【解答】解:作E关于AD的对称点M,连接CM交AD于F,连接EF,过C作CN⊥AB于N,
∵AB=AC=13,BC=10,AD是BC边上的中线,
∴BD=DC=5,AD⊥BC,AD平分∠BAC,
∴M在AB上,
在Rt△ABD中,AD=12,
∴S△ABC = ×BC×AD= ×AB×CN,
∴CN= = = ,
∵E关于AD的对称点M,
∴EF=FM,
∴CF+EF=CF+FM=CM,
根据垂线段最短得出:CM≥CN,
即CF+EF≥ ,
即CF+EF的最小值是 ,
故答案为: .
【变式1】如图,点P是∠AOB内任意一点,OP=6cm,点M和点N分别是射线OA和射线OB上的动点,
若△PMN周长的最小值是6cm,则∠AOB的度数是( )A.15° B.30° C.45° D.60°
【分析】分别作点P关于OA、OB的对称点C、D,连接CD,分别交OA、OB于点M、N,连接OC、
OD、PM、PN、MN,由对称的性质得出PM=DM,OP=OC,∠COA=∠POA;PN=DN,OP=OD,
∠DOB=∠POB,得出∠AOB= ∠COD,证出△OCD是等边三角形,得出∠COD=60°,即可得出结
果.
【解答】解:分别作点P关于OA、OB的对称点C、D,连接CD,
分别交OA、OB于点M、N,连接OC、OD、PM、PN、MN,如图所示:
∵点P关于OA的对称点为D,关于OB的对称点为C,
∴PM=DM,OP=OD,∠DOA=∠POA;
∵点P关于OB的对称点为C,
∴PN=CN,OP=OC,∠COB=∠POB,
∴OC=OP=OD,∠AOB= ∠COD,
∵△PMN周长的最小值是6cm,
∴PM+PN+MN=6,
∴DM+CN+MN=6,
即CD=6=OP,
∴OC=OD=CD,
即△OCD是等边三角形,
∴∠COD=60°,
∴∠AOB=30°,
故选:B.
【变式2】如图,在四边形ABCD中,∠A=∠C=90°,M,N分别是BC,AB边上的动点,∠B=58°,当
△DMN的周长最小时,∠MDN的度数是( )A.122° B.64° C.62° D.58°
【分析】延长DA到E使DA=AE,延长DC到F,使CF=DC,连接EF交AB于N,交BC于M,此时,
△DMN的周长最小,根据等腰三角形的性质得到∠E=∠ADN,∠F=∠CDM,设∠MDN= ,根据三
角形的内角和列方程即可得到结论.
α
【解答】解:延长DA到E使DA=AE,延长DC到F,使CF=DC,连接EF交AB于N,交BC于M,
此时,△DMN的周长最小,
∵∠A=∠C=90°,
∴DM=FM,DN=EN,
∴∠E=∠ADN,∠F=∠CDM,
∵∠B=58°,
∴∠ADC=122°,
设∠MDN= ,
∴∠ADN+∠CDM=122°﹣ ,
α
∴∠DNM+∠DMN=2(122°﹣ ),
α
∴a+2(122°﹣ )=180°,
α
解得: =64°,
α
故选:B.
α
【变式3】如图,△ABC是等边三角形,AD是BC边上的高,E是AC的中点,P是AD上的一个动点,当
PC与PE的和最小时,∠CPE的度数是 60 ° .
【分析】连接BE,则BE的长度即为PE与PC和的最小值.再利用等边三角形的性质可得∠PBC=
∠PCB=30°,即可解决问题;【解答】解:如连接BE,与AD交于点P,此时PE+PC最小,
∵△ABC是等边三角形,AD⊥BC,
∴PC=PB,
∴PE+PC=PB+PE=BE,
即BE就是PE+PC的最小值,
∵△ABC是等边三角形,
∴∠BCE=60°,
∵BA=BC,AE=EC,
∴BE⊥AC,
∴∠BEC=90°,
∴∠EBC=30°,
∵PB=PC,
∴∠PCB=∠PBC=30°,
∴∠CPE=∠PBC+∠PCB=60°,
故答案为60°.
【变式4】如图所示,在△ABC中,AB=AC,直线EF是AB的垂直平分线,D是BC的中点,M是EF上
一个动点,△ABC的面积为12,BC=4,则△BDM周长的最小值是 8 .
【分析】连接AD,由于△ABC是等腰三角形,点D是BC边的中点,故AD⊥BC,再根据三角形的面
积公式求出AD的长,再根据EF是线段AB的垂直平分线可知,点B关于直线EF的对称点为点A,故
AD的长为BM+MD的最小值,由此即可得出结论.
【解答】解:连接AD,
∵△ABC是等腰三角形,点D是BC边的中点,
∴AD⊥BC,∴S△ABC = BC•AD= ×4×AD=12,解得AD=6,
∵EF是线段AB的垂直平分线,
∴点B关于直线EF的对称点为点A,
∴AD的长为BM+MD的最小值,
∴△BDM的周长最短=(BM+MD)+BD=AD+ BC=6+ ×4=6+2=8.
故答案为:8.
【变式5】如图,在△ABC中,AB=AC,BC=8,面积是20,AC的垂直平分线EF分别交AC、AB边于
E、F点,若点D为BC边的中点,点M为线段EF上一动点,则△CDM周长的最小值为( )
A.8 B.9 C.10 D.12
【分析】连接AD,AM,由于△ABC是等腰三角形,点D是BC边的中点,故AD⊥BC,再根据三角形
的面积公式求出AD的长,再再根据EF是线段AC的垂直平分线可知,点C关于直线EF的对称点为点
A,故AD的长为CM+MD的最小值,由此即可得出结论.
【解答】解:连接AD,AM.
∵△ABC是等腰三角形,点D是BC边的中点,
∴AD⊥BC,
∴S△ABC = BC•AD= ×8×AD=20,解得AD=5,
∵EF是线段AC的垂直平分线,
∴点C关于直线EF的对称点为点A,
∴MA=MC,
∵AD≤AM+MD,
∴AD的长为CM+MD的最小值,
∴△CDM的周长最短=(CM+MD)+CD=AD+ BC=5+ ×8=5+4=9.
故选:B.【变式6】如图,点P是∠AOB内任意一点,OP=8cm,点M和点N分别是射线OA和射线OB上的动点,
△PMN周长的最小值是8cm,则∠AOB的度数是( )
A.30° B.40° C.50° D.60°
【分析】分别作点P关于OB、OA的对称点C、D,连接CD,分别交OA、OB于点M、N,连接OC、
OD、PM、PN、MN,由对称的性质得出PM=DM,OP=OC,∠COA=∠POA;PN=CN,OP=OD,
∠DOB=∠POB,得出∠AOB= ∠COD,证出△OCD是等边三角形,得出∠COD=60°,即可得出结
果.
【解答】解:分别作点P关于OB、OA的对称点C、D,连接CD,分别交OA、OB于点M、N,连接
OC、OD、PM、PN、MN,如图所示:
∵点P关于OA的对称点为D,
∴PM=DM,OP=OD,∠DOA=∠POA;
∵点P关于OB的对称点为C,
∴PN=CN,OP=OC,∠COB=∠POB,
∴OC=OP=OD,∠AOB= ∠COD,
∵△PMN周长的最小值是8cm,
∴PM+PN+MN=8,
∴DM+CN+MN=8,即CD=8=OP,
∴OC=OD=CD,即△OCD是等边三角形,
∴∠COD=60°,
∴∠AOB=30°,
故选:A.【变式7】如图,点E在等边△ABC的边BC上,BE=6,射线CD⊥BC于点C,点P是射线CD上一动点,
点F是线段AB上一动点,当EP+PF的值最小时,BF=7,则AC为 1 0 .
【分析】根据等边三角形的性质得到 AC=BC,∠B=60°,作点E关于直线CD的对称点G,过G作
GF⊥AB于F,交CD于P,则此时,EP+PF的值最小,根据直角三角形的性质得到BG=2BF=14,求
得EG=8,于是得到结论.
【解答】解:∵△ABC是等边三角形,
∴AC=BC,∠B=60°,
作点E关于直线CD的对称点G,过G作GF⊥AB于F,交CD于P,
则此时,EP+PF的值最小,
∵∠B=60°,∠BFG=90°,
∴∠G=30°,
∵BF=7,
∴BG=2BF=14,
∴EG=8,
∵CE=CG=4,
∴AC=BC=10,
故答案为:10.
【变式8】已知点P在∠MON内.(1)如图1,点P关于射线OM的对称点是G,点P关于射线ON的对称点是H,连接OG、OH、
OP.
①若∠MON=50°,则∠GOH= 100 ° ;
②若PO=5,连接GH,请说明当∠MON为多少度时,GH=10;
(2)如图2,若∠MON=60°,A、B分别是射线OM、ON上的任意一点,当△PAB的周长最小时,求
∠APB的度数.
【分析】(1)依据轴对称可得OG=OP,OM⊥GP,即可得到OM平分∠POG,ON平分∠POH,进而
得出∠GOH=2∠MON=2×50°=100°;②当∠MON=90°时,∠GOH=180°,此时点G,O,H在同一
直线上,可得GH=GO+HO=10;
(2)设点 P 关于 OM、ON 对称点分别为 P′、P″,当点 A、B 在 P′P″上时,△PAB 周长为
PA+AB+BP=P′P″,此时周长最小.根据轴对称的性质,可求出∠APB的度数.
【解答】解:(1)①∵点P关于射线OM的对称点是G,点P关于射线ON的对称点是H,
∴OG=OP,OM⊥GP,
∴OM平分∠POG,
同理可得ON平分∠POH,
∴∠GOH=2∠MON=2×50°=100°,
故答案为:100°;
②∵PO=5,
∴GO=HO=5,
当∠MON=90°时,∠GOH=180°,
∴点G,O,H在同一直线上,
∴GH=GO+HO=10;
(2)如图所示:分别作点P关于OM、ON的对称点P′、P″,连接OP′、OP″、P′P″,P′P″
交OM、ON于点A、B,
连接PA、PB,则AP=AP',BP=BP“,此时△PAB周长的最小值等于P′P″的长.
由轴对称性质可得,OP′=OP″=OP,∠P′OA=∠POA,∠P″OB=∠POB,
∴∠P′OP″=2∠MON=2×60°=120°,
∴∠OP′P″=∠OP″P′=(180°﹣120°)÷2=30°,
∴∠OPA=∠OP'A=30°,
同理可得∠BPO=∠OP″B=30°,∴∠APB=30°+30°=60°.
1.如图,在正方形网格中有M,N两点,在直线l上求一点P使PM+PN最短,则点P应选在( )
A.A点 B.B点 C.C点 D.D点
【分析】首先求得点M关于直线l的对称点M′,连接M′N,即可求得答案.
【解答】解:如图,点M′是点M关于直线l的对称点,连接M′N,则M′N与直线l的交点,即为
点P,此时PM+PN最短,
∵M′N与直线l交于点C,
∴点P应选C点.
故选:C.
2.如图,在等边三角形ABC中,BC边上的中线AD=6,E是AD上的一个动点,F是边AB上的一个动点,
在点E,F运动的过程中,EB+EF的最小值是( )A.6 B.4 C.3 D.2
【分析】解题时注意,最小值问题一般需要考虑两点之间线段最短或垂线段最短等结论.连接 CE,由
题意可得BE=EC,将FE+EB转化为FE+CE,当点C,点E,点F三点共线,且CF⊥AB时,EC+EF
值最小,即BE+EF的值最小,此时CF的长度为FE+EB的最小值.
【解答】解:如图:连接CE,
∵△ABC是等边三角形,AD是中线,
∴AD垂直平分BC,
∴BE=EC,
∴BE+EF=EC+EF,
∴当点C,点E,点F三点共线,且CF⊥AB时,EC+EF值最小,即BE+EF的值最小.
此时:∵△ABC是等边三角形,AD⊥BC,CF⊥AB,
∴AD=CF=6,
即EB+EF的最小值是6,
故选:A.
3.如图,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=6,BC=8,AB=10.如果点D,E分别为BC,AB上的动点,
那么AD+DE的最小值是( )
A.8.4 B.9.6 C.10 D.10.8
【分析】作点 A关于BC的对称点A',作点A'E⊥AB,交BC于点D.则AD=A'D,所以AD+DE=
A'D+DE≥A'E.即AD+DE的最小值为A'E.
【解答】解:作点A关于BC的对称点A',作点A'E⊥AB,交BC于点D.则AD=A'D,
∴AD+DE=A'D+DE≥A'E.
即AD+DE的最小值为A'E.
∵∠ACB=90°,AC=6,BC=8,
∴AB=10,AA'=12,
∵S△AA'B = ,
∴A'E= = =9.6,
即AD+DE的最小值为9.6.
故选:B.
4.如图,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=6,BC=8,AB=10,AD是∠BAC的平分线.若P,Q分别
是AD和AC上的动点,则PC+PQ的最小值是( )
A.2.4 B.4.8 C.4 D.5
【分析】过点C作CM⊥AB交AB于点M,交AD于点P,过点P作PQ⊥AC于点Q,由AD是∠BAC的
平分线.得出PQ=PM,这时PC+PQ有最小值,即CM的长度,运用勾股定理求出AB,再运用S△ABC
= AB•CM= AC•BC,得出CM的值,即PC+PQ的最小值.
【解答】解:如图,过点C作CM⊥AB交AB于点M,交AD于点P,过点P作PQ⊥AC于点Q,
∵AD是∠BAC的平分线.
∴PQ=PM,这时PC+PQ有最小值,即CM的长度,
∵AC=6,AB=10,∠ACB=90°,BC=8,
∵S△ABC = AB•CM= AC•BC,
∴CM= = ,即PC+PQ的最小值为 .
故选:B.
5.如图,在△ABC中,AB=AC,边AC的垂直平分线MN分别交AB、AC于点M、N,点D是边BC的中
点,点P是MN上任意一点,连接PD、PC,若∠A=40°,则当△PCD周长最小时,∠CPD=( )
A.25° B.30° C.35° D.40°
【分析】连接AP.根据MN垂直平分AC,推出PA=PC,∠PAC=∠PCA,所以PC+PD=PA+PD,当
A、P、D在同一直线上时,PA+PD最小,最小值为AD.据此解答即可.
【解答】解:如图,连接AP.
∵MN垂直平分AC,
∴PA=PC,∠PAC=∠PCA,
∴PC+PD=PA+PD,
当A、P、D在同一直线上时,PA+PD最小,最小值为AD.
∴△PCD周长最小值=PC+PD+CD=AD+CD.
∵AB=AC,点D是边BC的中点,
∴∠BAC=2∠CAD,
∵∠CPD=∠PAC+∠PCA=2∠CAD,
∴∠CPD=∠BAD=40°.
故选:D.
6.如图,已知∠AOB= ,C是∠AOB内部的一点,且OC=3,点D、E分别是OA、OB上的动点,若
△CDE周长的最小值等于3,则 =( )
α
αA.45° B.40° C.35° D.30°
【分析】设点C关于OA的对称点为P,关于OB的对称点为F,当点E、F在射线PD上时,△CDE的
周长为CD+CE+DE=PF,此时周长最小,根据OC=3可求出 的度数.
【解答】解:如图,作点C关于OA的对称点P,关于OB的对称点F,连接PF,交OA于D,OB于
α
E.此时,△CDE的周长最小.
连接OP,OF,CD,EF.
∵点C与点P关于OA对称,
∴OA垂直平分PC,
∴∠POA=∠AOC,PD=CD,OC=OP,
同理,可得∠FOB=∠BOC,EF=CE,OF=OC.
∴∠POF=2 .
又∵△CDE的周长=CD+DE+EC=PD+EF+ED=PD=3,
α
∴OP=OC=OF=3,
∴△POF是等边三角形,
∴2 =60°,
∴ =30°.
α
故选:D.
α
7.如图,在四边形ABCD中,∠C=40°,∠B=∠D=90°,E,F分别是BC,DC上的点,当△AEF的周
长最小时,∠EAF的度数为( )
A.100° B.90° C.70° D.80°
【分析】要使△AEF的周长最小,即利用点的对称,使三角形的三边在同一直线上,作出A关于BC和CD的对称点A′,A″,即可得出∠AA′E+∠A″=40°,即可得出答案.
【解答】解:作A关于BC和CD的对称点A′,A″,连接A′A″,交BC于E,交CD于F,则
A′A″即为△AEF的周长最小值.
∵∠C=40°,
∴∠DAB=140°,
∴∠AA′E+∠A″=40°,
∵∠EA′A=∠EAA′,∠FAD=∠A″,
∴∠EAA′+∠A″AF=40°,
∴∠EAF=140°﹣40°=100°,
故选:A.
8.如图,在△ABC中,AC=BC,AB=6,△ABC的面积为12,CD⊥AB于点D,直线EF垂直平分BC交
AB于点E,交BC于点F,P是线段EF上的一个动点,则△PBD的周长的最小值是( )
A.6 B.7 C.10 D.12
【分析】如图,连接PC.利用三角形的面积公式求出CD,由EF垂直平分AB,推出PB=PC,推出
PB+PD=PC+PD,由PC+PD≥AD,推出PC+PD≥4,推出PC+PD的最小值为4,由此即可解决问题.
【解答】解:如图,连接CP,
∵AC=BC,CD⊥AB,∴BD=AD=3,
∵S△ABC = •AB•CD=12,
∴CD=4,
∵EF垂直平分BC,
∴PB=PC,
∴PB+PD=PC+PD,
∵PC+PD≥CD,
∴PC+PD≥4,
∴PC+PD的最小值为4,
∴△PBD的最小值为4+3=7,
故选:B.
9.如图,点N在等边△ABC的边BC上,CN=6,射线BD⊥BC,垂足为点B,点P是射线BD上一动点,
点M是线段AC上一动点,当MP+NP的值最小时,CM=7,则AC的长为( )
A.8 B.9 C.10 D.12
【分析】根据等边三角形 到现在得到AB=BC,∠C=60°,作点N关于直线BD的对称点G,过G作
GM⊥AC于M,交BD于P,则此时,MP+PN的值最小,根据三角形的内角和定理得到∠G=30°,根
据直角三角形的性质得到CG=2CM=14,于是得到结论.
【解答】解:∵△ABC是等边三角形,
∴AB=BC,∠C=60°,
作点N关于直线BD的对称点G,过G作GM⊥AC于M,交BD于P,
则此时,MP+PN的值最小,
∵∠C=60°,∠CNG=90°,
∴∠G=30°,
∵CM=7,
∴CG=2CM=14,
∴NG=8,
∴BN=GG=4,
∴AC=BC=10,
故选:C.10.如图,等边△ABC中,D为AC中点,点P、Q分别为AB、AD上的点,且BP=AQ=4,QD=3,在
BD上有一动点E,则PE+QE的最小值为( )
A.7 B.8 C.10 D.12
【分析】作点Q关于BD的对称点Q′,连接PQ′交BD于E,连接QE,此时PE+EQ的值最小.最小
值PE+QE=PE+EQ′=PQ′,
【解答】解:如图,∵△ABC是等边三角形,
∴BA=BC,
∵D为AC中点,AQ=4,QD=3,
∴AD=DC=AQ+QD=7,
作点 Q 关于 BD 的对称点 Q′,连接 PQ′交 BD 于 E,连接 QE,此时 PE+EQ 的值最小.最小值
PE+QE=PE+EQ′=PQ′,
∵AQ=4cm,AD=DC=7,
∴QD=DQ′=3,
∴CQ′=BP=4,
∴AP=AQ′=10,
∵∠A=60°,
∴△APQ′是等边三角形,
∴PQ′=PA=10,
∴PE+QE的最小值为10.
故选:C.
11.如图,在直角△ABC中,∠C=90°,AC=4,BC=3,AB=5,AD平分∠BAC,N是AC上一动点(不与A,C重合),M是AD上一动点(不与A,D重合),则CM+MN的最小值为 .
【分析】作CG⊥AB于点G,由 ×5CG= ×4×3=S△ABC ,求得CG= ,作NE⊥AD于点F,交AE
于点E,连接CE交AD于点I,连接ME、IN,可证明点E与点N关于直线AD对称,则MN=ME,IN
=IE,可知当点M与点I重合时,CM+MN=CE,则当CE的值最小时,CM+MN的值最小,即可求得
当点E与点G重合时,CE取得最小值 ,则CM+MN的最小值为 .
【解答】解:作CG⊥AB于点G,
∵∠C=90°,
∴ AB•CG= AC•BC=S△ABC ,
∵AC=4,BC=3,AB=5,
∴ ×5CG= ×4×3,
∴CG= ,
作NE⊥AD于点F,交AE于点E,连接CE交AD于点I,连接ME、IN,
∴∠AFN=∠AFE=90°,
∵AD平分∠BAC,
∴∠FAN=∠FAE,
在△FAN和△FAE中,
,
∴△FAN≌△FAE(ASA),
∴FN=FE,
∴点E与点N关于直线AD对称,
∴MN=ME,IN=IE,
∴CM+MN=CM+ME,
∵当点M与点I重合时,CM+MN=CM+ME=CI+IN=CI+IE=CE,
∴当CE的值最小时,则CM+MN的值最小,∴当点E与点G重合时,则CE=CG= ,此时CE取得最小值 ,
∴CM+MN的最小值为 ,
故答案为: .
12.如图,等腰△ABC中,AB=AC,BC=8,面积为24.点E在边AC上,点F在边AB上,且EF垂直
平分AC,点D是边BC的中点,点M在线段EF上移动,连接CM,DM,则△CDM的周长的最小值为
10 .
【分析】连接AD,由AB=AC,点D是BC边的中点可得 AD⊥BC,再根据三角形的面积公式求出AD
的长,再判断出点M在AD上时,AM+CM最小,由此即可得出结论.
【解答】解:连接AD,AM,
∵AB=AC,点D是BC边的中点,
∴AD⊥BC,
∴ ,
解得AD=6,
∵EF是线段AC的垂直平分线,
∴AM=CM,
当点M在AD上时,CM+MD最小,最小值为AD,∴△CDM的周长最短=(CM+MD)+CD
=
=
=10.
故答案为:10.
13.如图,在四边形ABCD中,∠B=∠D=90°,在BC,CD上分别找一点M,N,使△AMN周长最小,
此时∠MAN=80°,则∠BAD的度数为 130 ° .
【分析】作A点关于CD的对称点F,作A点关于BC的对称点E,连接EF交CD于N,交BC于M,连
接AM、AN,此时△AMN的周长有最小值,由对称性求出∠BAM+∠FAN=50°,则有∠BAD=130°.
【解答】解:作A点关于CD的对称点F,作A点关于BC的对称点E,连接EF交CD于N,交BC于
M,连接AM、AN,
∵∠B=∠D=90°,
∴AN=NF,AM=EM,
∴△AMN的周长=AM+AN+MN=NF+MN+EM=EF,此时△AMN的周长有最小值,
∵∠FAN=∠F,∠E=∠EAM,
∴∠E+∠F=180°﹣∠BAD=180°﹣(∠EAM+∠MAN+∠NAD)=180°﹣(∠E+∠F)﹣80°,
∴∠E+∠F=50°,
∴∠BAM+∠FAN=50°,
∴∠BAD=80°+50°=130°,
故答案为:130°.14.如图,四边形ABCD中,∠BAD=125°,∠B=∠D=90°,在BC、CD上分别找一点M、N,使△AMN
周长最小时,则∠AMN+∠ANM的度数是 110 ° .
【分析】延长AB到点G,延长AD到点H,使GB=AB,HD=AD,连接AE、AF,则AM=GM,AN=
HN,连接 GH 交 BC 于点 E,交 DC 于点 H,连接 AE、AF,则 AE=GE,AF=HF,由
GM+MN+HN≥GH,得AM+MN+AN≥GE+EF+HF,可知当点M与点E重合并且点N与点F重合时,
△AMN周长最小,可求得∠AMN+∠ANM=∠AEF+∠AFE=110°,于是得到问题的答案.
【解答】解:延长AB到点G,延长AD到点H,使GB=AB,HD=AD,连接AE、AF,
∵BC垂直平分AG,DC垂直平分AH,
∴点A与点G关于直线BC对称,点A与点H关于直线DC对称,
∴AM=GM,AN=HN,
∴AM+MN+AN=GM+MN+HN,
连接GH交BC于点E,交DC于点H,连接AE、AF,
∵AE=GE,AF=HF,
∴AE+EF+AF=GE+EF+HF=GH,
∵GM+MN+HN≥GH,
∴AM+MN+AN≥GE+EF+HF,
∴当点M与点E重合并且点N与点F重合时,△AMN周长最小,
∵∠EGA=∠EAG,∠FHA=∠FAH,
∴∠AEF=∠EGA+∠EAG=2EGA,∠AFE=∠FHA+∠FAH=2∠FHA,
∴∠AEF+∠AFE=2(∠EGA+∠FHA),∵∠EGA+∠FHA=180°﹣∠BAD=180°﹣125°=55°,
∴∠AEF+∠AFE=2×55°=110°,
∴∠AMN+∠ANM=∠AEF+∠AFE=110°,
故答案为:110°.
15.已知:如图,∠AOB=30°,点M,N分别是边OA,OB上的定点,点P,Q分别是边OB,OA上的动
点,记∠MPQ= ,∠PQN= .当MP+PQ+QN最小时,则 ﹣ = 60 ° .
α β β α
【分析】作M关于OB的对称点M′,N关于OA的对称点N′,连接M′N′交OA于Q,交OB于
P,则MP+PQ+QN最小,易知∠OPM=∠OPM′=∠NPQ,∠OQP=∠AQN′=∠AQN,根据三角形
的外角的性质和平角的定义即可得到结论.
【解答】解:如图,作M关于OB的对称点M′,N关于OA的对称点N′,连接M′N′交OA于Q,
交OB于P,则MP+PQ+QN最小,
∴∠OPM=∠OPM′=∠NPQ= ,∠OQP=∠AQN′=∠AQN=
,
∴∠QPN= = = (180°﹣ )
∵∠QPN=∠AOB+∠OQP
α
=∠AOB+∠AQN'
=∠AOB+
=30°+ (180°﹣ ),
β
∴ (180°﹣ )=30°+ (180°﹣ ),
∴180°﹣ =60°+(180°﹣ ),
α β
∴180°﹣ =240°﹣ ,
α β
∴ ﹣ =240°﹣180°,
α β
∴ ﹣ =60°,
β α
β α故答案为60°.
16.如图,某地有块三角形空地AOB,已知∠AOB=30°,P是△AOB内一点,连接PO后测得PO=10米,
现当地政府欲在三角形空地AOB中修一个三角形花坛PQR,点Q,R分别是OA,OB边上的任意一点
(不与各边顶点重合),求△PQR周长的最小值.
【分析】分别作点P关于OA,OB的对称点M,N,连接OM,ON,MN,MN交OA,OB于点Q,R,
连接PR,PQ,此时△PQR周长的最小值等于MN,利用轴对称的性质解答即可.
【解答】解:如图所示,分别作点P关于OA,OB的对称点M,N,连接OM,ON,MN,MN交OA,
OB于点Q,R,连接PR,PQ,此时△PQR周长的最小值等于MN.
由轴对称性质可得,OM=ON=OP=10,∠MOA=∠POA,∠NOB=∠POB,
∴∠MON=2∠AOB=2×30°=60°,
则△MON为等边三角形,
即NM=ON=OP=10cm.
即△PQR周长的最小值等于10cm.
17.如图,在所给网格图(每小格均为边长是1的正方形)中完成下列各题:(用直尺画图)
(1)画出格点△ABC(顶点均在格点上)关于直线DE对称的△A B C ;
1 1 1
(2)在DE上画出点P,使PB+PC最小;
(3)在DE上画出点Q,使QA=QC.【分析】(1)根据轴对称的性质画出△A B C 即可;
1 1 1
(2)连接B C与DE交于点P,则点P即为所求点;
1
(3)作AC的中垂线与DE交于点Q,则点Q即为所求点.
【解答】解:(1)如图,△A B C 即为所求;
1 1 1
(2)连接B C,B C与DE的交点即为点P;
1 1
(3)作AC的中垂线,与DE的交点即为所求点Q.
18.已知点P在∠MON内.如图1,点P关于射线OM的对称点是G,点P关于射线ON的对称点是H,
连接OG、OH、OP.
(1)若∠MON=50°,求∠GOH的度数;
(2)如图2,若OP=6,当△PAB的周长最小值为6时,求∠MON的度数.
【分析】(1)根据轴对称的性质可得对称轴两边的对应角相等,那么∠GOM=∠POM,∠HON=
∠PON,那么∠GOH=2∠MON;
(2)作点P关于OM、ON的对称点P′和P″,连接P′P″、OP′、OP″、OP.那么△PAB的周长最小值即为P′P″的长,易得△OP′P″为等边三角形,那么∠P′OP″=60°,所以∠MON=30°.
【解答】解:(1)∵点P关于射线OM的对称点是G,
∴∠GOM=∠POM.
∵点P关于射线ON的对称点是H,
∴∠HON=∠PON.
∵∠MON=∠MOP+∠NOP=50°,
∴∠GOH=∠GOM+∠MOP+∠NOP+∠HON=2∠MON=100°;
(2)作点P关于OM、ON的对称点P′和P″,连接P′P″、OP′、OP″、OP.
∴PA=P′A,PB=P″B,OP′=OP,OP″=OP,∠P′OM=∠POM,∠PON=∠P″ON.
∵△PAB的周长最小值为6,OP=6,
∴P′P″=OP′=OP″=6.
∴△OP′P″为等边三角形.
∴∠P′OP″=60°.
∵∠P′OP″=∠P′OM+∠POM+∠PON+∠P″ON=2∠MON,
∴∠MON=30°.
19.如图,△ABC是等边三角形,D为BC边上一个动点(D与B、C均不重合).AD=AE.∠DAE=
60°,连接CE.
(1)求证:CE平分∠ACF;
(2)若AB=2,当四边形ADCE的周长取最小值时,求BD的长.
【分析】(1)由于AB=AC,AD=AE,所以只需证∠BAD=∠CAE即可得结论;
(2)根据全等三角形的性质可得AB=BC=AC=2,将四边形ADCE的周长用AD表示,AD最小时就
是四边形ADCE的周长最小,根据垂线段最短原理,当AD⊥BC时,AD最小,此时BD就是BC的一半.
【解答】(1)证明:∵△ABC是等边三角形,∴AB=AC,∠BAC=60°,
∵∠DAE=60°,
∴∠BAD+∠DAC=∠CAE+∠DAC,
即∠BAD=∠CAE,
在△ABD和△ACE中,
,
∴△ABD≌△ACE(SAS),
∴∠ABD=∠ACE,
∵∠ABD=∠ACB=60°,
∴∠ACE=60°,∠ACF=120°,
∴CE平分∠ACF;
(2)解:∵△ABD≌△ACE,
∴CE=BD,
∵△ABC是等边三角形,
∴AB=BC=AC=2,
∴四边形ADCE的周长=CE+DC+AD+AE=BD+DC+2AD=2+2AD,
根据垂线段最短,当AD⊥BC时,AD值最小,四边形ADCE的周长取最小值,
∵AB=AC,
∴BD= BC= ×2=1.
20.如图,在△ABC中,AB=AC,AB的垂直平分线交AB于N,交AC于M.
(1)若∠ABC=65°,求∠NMA的度数.
(2)连接MB,若AC=12cm,BC=8cm.
①求△MBC的周长;
②在直线MN上是否有在点P,使PB+CP的值最小,若存在,标出点P的位置并求PB+CP的最小值,
若不存在,说明理由.
【分析】(1)根据等腰三角的性质,三角形的内角和定理,可得∠A的度数,根据直角三角形两锐角
的关系,可得答案;
(2)①根据垂直平分线的性质,可得AM与MB的关系,再根据三角形的周长,可得答案;②根据两点之间线段最短,可得P点与M点的关系,可得PB+PC与AC的关系.
【解答】解:(1)∵AB=AC,
∴∠ABC=ACB=65°,
∴∠A=180°﹣65°﹣65°=50°,
∵MN⊥AB,
∴∠ANM=90°,
∴∠AMN=180°﹣∠A﹣∠ANM=40°;
(2)如图:连接BM,
①∵MN垂直平分AB.
∴MB=MA,
∴△MBC=MB+CM+BC=AM+CM+BC=AC+BC=20(cm);
②当点P与点M重合时,PB+CP的值最小,最小值是12cm.